Методы выращивания кристаллов. Метод Киропулуса презентация

Метод Киропулуса

Зонная плавка
1. Использование нагревателей сопротивления
1-слиток, 2-зона, 3-контейнер, 4-нагреватель сопротивления, 5- блок теплоизоляционного материала

Зонная плавка
2. Индукционный нагрев
3. Нагрев излучением лампы накаливания и электроннолучевой нагрев
4. Нагрев за счет эффекта Пельтье

Метод плавающей зоны
1 – полукристаллический материал,
2 – зона, 3 – монокристалл. материал,
4 – затравка, 5 – контейнер,
6 - нагреватель

Метод Вернейля

Четыре способа выращивать кристаллы корунда по методу Вернейля
1 – пламя 2 – направление подачи пудры
3 – затравка 4 – растущий монокристалл

Метод Вернейля

Выращивание кристаллов из растворов
Температурная зависимость растворимости веществ с разной теплотой растворения
Диаграмма «концентрация-температура»:
I – лабильная
II – метастабильная
III – стабильная область.

Выращивание кристаллов из растворов
Движущие силы процесса кристаллизации
Скорость роста кристалла

Выращивание кристаллов из растворов
Восходящие токи роста над кристаллом
Щелевидные включения маточного раствора
Воронкообразная нижняя поверхность кристалла

Выращивание кристаллов из растворов
Перемешивание:
А – магнитной мешалкой,
Б – лопастной мешалкой,
В – вращением кристалла,
Г – центробежной помпой

Метод охлаждения раствора
1 – термометр
2 – резьбовые шпильки
3 – гайки
4 – герметичная крышка
5 – контактный термометр
6 – наружный нагреватель
7 – внутренний нагреватель
8 – дополнительный наружный нагреватель
9 - подставка

Метод испарения растворителя
Кристаллизатор в эксикаторе:
1 – крышка, регулирующая скорость испарения
2 – концентрированный раствор

Метод температурного градиента
Кристаллизатор А.В. Белюстина
1 – стеклянный цилиндр
2 – контейнер
3 – кристаллы – заготовки
4 – затравочный раствор
5 – влажный марлевый пояс
6 – сосуд с водой
7 - патрубки

Гидротермальный метод выращивания монокристаллов
Зависимость скорости роста граней корунда от перепада температур
Растворимость корунда при различных коэффициентах заполнения
Зависимость скорости роста граней от заполнения автоклава

Выращивание кристаллов из газовой фазы
Кристаллизация без участия химической реакции
Метод сублимации

Выращивание кристаллов из газовой фазы
Кристаллизация с участием химической реакции
1. Метод химических транспортных реакций
А – кристаллизация из газовой фазы в замкнутом реакционном сосуде
Б – реакции переноса в проточной системе
2. Кристаллизация с использованием парофазных реакций

Дефекты в кристаллах
Точечные дефекты
Вакансии
Дефект по Шоттки (NaCl)
Вакансии: катионные, анионные

Междоузельные дефекты
Дефект по Френкелю (AgCl)

Примесные дефекты
ZnSe:Zn
Si:P
KCl:Cs

Диффузия дефектов
Энергия активации:
Закон Фика:
JN = - D grad N
Коэффициент диффузии:
D = D0 exp(- E/kT)

Центры окраски
NaCl:Na – желтый
KCl:K – красный
Нагрев в парах металла,
Облучение рентгеном,
электронами, γ-лучами
Возникновение центров окраски связано с образованием
анионных вакансий (F-центры)

FA-центр
M-центр – 2 F-центра
R-центр – 3 F-центра
Центры окраски
Vk-центр

Энергетические уровни дефектов и примесей
Кристалл без дефектов Si:P Si:B
ZnS:Ag Примесная зона